Synchronisierung von Transaktionen ohne Sperren. Annahme: Es gibt eine Methode, zu erkennen, wann eine Transaktion die serielle Ordnung verletzt.

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1 OPTIMISTIC CONCURRENCY CONTROL Synchronisierung von Transaktionen ohne Sperren. Annahme: Es gibt eine Methode, zu erkennen, wann eine Transaktion die serielle Ordnung verletzt. Abbruch einer Transaktion und Neustart. Dieser Ansatz ist sehr effizient, wenn die Wahrscheinlichkeit von Konflikten zwischen Transaktionen gering ist. Granularität der Objekte (Je kleiner die Objekte sind, auf die zugegriffen wird, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit eines Konfliktes) Grundlagen der Datenbanksysteme I X-83

2 Trade-Off zwischen Zeit, die auf Sperren gewartet wird und Zeit, die benötigt wird, eine Transaktion erneut zu starten. Wie kann man erkennen, dass eine Transaktion T die serielle Ordnung verletzt? Wie kann man vermeiden, dass in der Datenbank Werte stehen bleiben, die von einer Transaktion T geschrieben wurden, die danach aborted wurde? Wie kann ein Live-Lock vermieden werden (Wenn beispielsweise T immer wieder abbricht)? Grundlagen der Datenbanksysteme I X-84

3 Lösungen Serielle Ordnung Zeitstempel (Timestamps) beschädigte Werte Commitment Live-Lock Restart Grundlagen der Datenbanksysteme I X-85

4 Betrachten wir das erste Beispiel nicht serialisierbaren Verhaltens: T1: READ A T2: READ A T1: A := A + 1 T2: A := A + 1 T1: WRITE A T2: WRITE A Wir benötigen eine Methode, zu erkennen wann eine Transaktion die serielle Ordnung verletzt, um dann die Transaktion neu zu starten. A T1 READ A A:=A+1 WRITE A T2 READ A A:=A+1 WRITE A A(T1) A(T2) Grundlagen der Datenbanksysteme I X-86

5 Zeitstempelverfahren (Time stamping) Um die serielle Ordnung aufrecht zu erhalten und Verletzungen der seriellen Ordnung erkennen zu können, generiert das System Zeitstempel. Eine Zahl, die bei jedem "Tick" der Systemuhr generiert wird (z.b. jede Mikrosekunde). Ein 32-bit Wort reicht, um die Anzahl von "Ticks" eines ganzen Jahrhunderts aufzunehmen. Eine solche Zahl wird jeder Transaktion so zugeordnet, daß keine zwei Transaktionen den selben Zeitstempel haben. (Beginn der Transaktion) Grundlagen der Datenbanksysteme I X-87

6 Mit jedem Objekt der Datenbank werden zwei Zeitstempel gespeichert: t r = read-time (Lese-Zeitstempel) Der Zeitstempel der Transaktion mit dem höchsten (d.h. spätesten) Zeitstempel von allen Transaktionen, die das Objekt gelesen haben. t w = write-time (Schreib-Zeitstempel) Der Zeitstempel der Transaktion mit dem höchsten (d.h. spätesten) Zeitstempel von allen Transaktionen, die das Objekt geschrieben haben. Wie kann man Transaktionen nun dazu bringen, sich so zu verhalten, als ob sie seriell abgelaufen wären? Grundlagen der Datenbanksysteme I X-88

7 Korrektheit: Transaktionen sollten sich so verhalten, als ob die Ordnung ihrer Zeitstempel die serielle Ordnung gewesen wäre. Grundlagen der Datenbanksysteme I X-89

8 Durch folgende Bedingungen wird die Konsistenz der Datenbank sichergestellt: 1. Eine Transaktion T darf ein Objekt nicht lesen, wenn der Wert des Objektes von einer Transaktion geschrieben wurde, die (in der seriellen Ordnung) nach ihr stattfindet: Eine Transaktion T mit Zeitstempel t 1 darf ein Objekt mit Schreib-Zeitstempel t w nicht lesen, wenn t w > t 1 gilt. T muss dann abgebrochen (roll-back back) und neu gestartet (restart restart) werden. Grundlagen der Datenbanksysteme I X-90

9 2. Eine Transaktion T darf ein Objekt nicht schreiben, wenn der alte Wert des Objektes bereits von einer Transaktion gelesen wurde, die (in der seriellen Ordnung) nach ihr stattfindet: Eine Transaktion T mit Zeitstempel t 1 darf ein Objekt mit Lese-Zeitstempel t r nicht schreiben, wenn t r > t 1 gilt. T muss dann abgebrochen und neu gestartet werden Grundlagen der Datenbanksysteme I X-91

10 Zwei Transaktionen können das gleiche Objekt zu verschiedenen Zeiten lesen. T mit Zeitstempel t 1 kann ein Objekt mit Zeitstempel t r lesen, selbst wenn t r > t 1 ist. Eine Transaktion T mit Zeitstempel t 1 muss nicht abbrechen, wenn sie versucht ein Objekt mit Zeitstempel t w zu schreiben, selbst wenn t w > t 1 ist. Der Wert wird in diesem Fall einfach nicht geschrieben. Begründung: In der seriellen Reihenfolge basierend auf den Zeitstempeln, hätte erst die Transaktion mit Zeitstempel t 1 und anschließend die Transaktion mit Zeitstempel t w das Objekt geschrieben. Zu beachten ist, dass zwischen t 1 und t w das Objekt nicht gelesen werden darf, ansonsten wäre t r des Objektes größer als t 1 und die Transaktion T müsste nach Regel 2 abgebrochen werden. Grundlagen der Datenbanksysteme I X-92

11 Beispiel: A tr=0 tr=150 tr=150 tr=150 tr=150 tr=150 tw=160 tw=160 T1 t1=15 0 READ A A:=A+1 WRITE A T2 t2=16 0 A:=12 WRITE A Eine abgebrochene Transaktion erhält beim Restart einen neuen Zeitstempel. Die Serialisierungsreihenfolge der Transaktionen entspricht der Reihenfolge der Zeitstempel, also der Startzeitpunkte. Grundlagen der Datenbanksysteme I X-93

12 Algorithmus Die Transaktion T mit Zeitstempel t will eine Operation X auf dem Objekt A mit den Zeitstempeln t r und t w ausführen. 1. if X = READ and t >= t w then READ A if t > t r then t r := t 2. if X = WRITE and t >= t r and t >= t w then WRITE A t w := t 3. if X = WRITE and t r <= t < t w then { do nothing } 4. if ( X = READ and t < t w ) or (X = WRITE and t < t r ) then abort(t) Grundlagen der Datenbanksysteme I X-94

13 Beispiel: A tr=0 tr=150 tr=160 tr=160 tr=160 tr=160 tr=160 tw=160 tw=160 T1 t1=15 0 READ A A:=A+1 WRITE A T2 t2=16 0 READ A A:=A+1 WRITE A A(T1) A(T2) Schritt 1: t1 > tr T 1 liest A; tr := 150 Schritt 2: t2 > tr T2 liest A; tr := 160 Schritt 3: keine Datenbankoperation Schritt 4: keine Datenbankoperation Schritt 5: t2 tw und t2 tr T2 schreibt A; tw := 160 Schritt 6: t1 < tr T1 wird abgebrochen! Grundlagen der Datenbanksysteme I X-95

14 Beispiel: T1 T2 T3 A B C RT = 0 RT = 0 RT = 0 WT = 0 WT = 0 WT = 0 (1 READ B RT = (2 READ A RT = (3 READ C RT = (4 WRITE B WT = (5 WRITE A WT = (6 WRITE C (7 WRITE A Fig Optimistically executing transactions. Schritt 6: Das Objekt C soll von T2 geschrieben werden; der Zeitstempel von T2 ist 150, tr von C ist aber 175; T2 muss also abgebrochen werden. Schritt 7: T3 versucht, Objekt A zu schreiben; der Zeitstempel von T3 ist mit 175 kleiner als der Schreib-Zeitstempel von A; T3 muß nicht abgebrochen werden, aber der Wert den T3 schreiben wollte, wird nicht in der Datenbank eingetragen. Grundlagen der Datenbanksysteme I X-96

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